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식물 육종집단 #
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식물 육종집단의 종류 #

• Bi-parental population #

전통적 육종 방법에 의한 집단으로 일반적으로 QTL 분석에 쓰인다. 두 개의 부모 계통에서 파생 된 개체군은 유전학, 유전체학 및 육종에 가장 널리 사용된다.

- F2 population #

  • 충분한 유전 정보를 포함하지만 이형 접합체의 존재로 인해 표현형만으로 유전형을 구별하지 못함. 가장 심플하고 빠른 매핑 집단이다. 주로 두 개의 순종 부모 라인이 사용된다. 각 F1세대는 셀핑을 통해 F2세대 생산하며 한 개의 감수분열로 인해 만들어지게 된다. codominant marker 1:2:1, dominant marker 3:1 적은 노력으로 만들어지며 시간이 많이 안든다.

- DH (Double hapoloid) #

  • 균질하고 번식에 적합한 유전자형을 포함하고 F1 배우자의 유전자 분리 및 재조합 속도를 반영한다. DH line은 두 개의 haploid set 염색체를 세포안에 가지고 있다. 1:1 비율로 마커 분리된다. 불멸집단 (permanent), 질적, 양적형질 매핑 둘다에 쓰인다. 비용이 많이 드며, 부계 라인의 재조합에만 측정된다.

- Backcross (BC) #

  • 이론적으로 표현형에 의해서만 구별될 수 있는 두 가지 유형의 유전자형을 포함합니다. 표적 유전자가 우세한 경우 물질을 장기간 유지하기가 어렵다. ․ F1 세대의 반복 교차에 의해 만들어진다. ․ 한 부모(donor)로부터 유래된 특정 유전자가 다른 부모(recurrent)의 background이며 이를 분석할 때 F1세대가 recurrent 부모에게 backcrossing. ․ 양적형질에는 쓸 수 없다. ․ 부모의 recombination 정보만 기초가 되며 불멸집단이 아니다.

- Recombinant Inbred Lines (RILs; F2 derived lines) #

  • F2 세대의 단일 종자 하강을 사용하여 개발되었습니다. 그 결과 복제 된 시험을 위해 다량의 종자가 생산 될 수있는 균질 한 동형 접합 라인 세트가 생성된다. F2 집단의 8 ~ 9 세대 이내에 생산된 98 %는 동형 접합성을 지닌다 (1:1 segregation). 불멸 집단이다. (immortal population) 만드는데 시간이 많이 들고 만들기 어렵다. QTL mapping에 유용하게 쓰인다.

- Near isogenic lines (NIL) #

  • 반복되는 부모와 함께 자체 또는 F1세대의 반복 역교차 교배에 의해 생성된다. dominant, codominant marker (1:1) NIL만드는데 많은 세대가 필요, 시간 돈 노력이 많이든다.

- AIL (Advanced Intercrossed Line) #

  • 두가지의 다른 line이 F2 generation에서 랜덤하게 선택되고 여러 세대동안 sequentially intercrossed된다. 기존 bi-parental population에서 higher recombination event를 만드는 것은 지속적인 비용 문제로 인해 효율적인 방법이 아니다. 작은 집단에서 higher resolution을 만드려면 target loci의 recombination event를 높이는것이 중요하다. An immortalized F2 population (F2 불멸집단)은 RIL or DH populations의 crossing에 의한 만들어지며 QTL 분석에 영구히 쓰일수 있다.

• Multiparental populations #

  • 주로 NAM, MAGIC 집단이 여기에 해당된다. 식물육종에서 QTL은 genetic marker와 genotyping throughput에 의한 한계를 보이지 않으나 genetic material employed로 인한 한계를 겪는다. Association Mapping (AM)에 이용되는 집단이며 bi-parental population의 한계를 극복하기 위해 만든다. Genetic diversity확보, High resolution QTL mapping 가능하게 한다. 기존 bi-parental population은 제한적인 숫자의 recombination events를 보인다 (F2 population: One round of recombination / RIL: Two rounds of recombination)

- MAGIC (Multi-parent Advanced Generation Intercross Population) #

일반적으로 8부모 세대가 선택되며 Landrace or established cultivars가 쓰인다. 0세대에서 4 two-crosses, 1세대에서 2 four-way crosses, 2세대에서 1 eight-way crosses 그리고 multiple rounds of selfing to produce individual lines 장점 : 개체군은 유전자 분석 및 품종 개발에 사용될 수 있다.(많은 유리한 대립 유전자가있는 계통에 대해 개체군 선택 가능)

- Nested Association Mapping (NAM) Population #

양친 중 1개의 부모 계통을 공유하나 각기 다른 두 번째 부모 계통을 갖는 세트로 되어있는 집단을 활용하여 유전자 연관지도를 작성하는 방법이다. 기존의 Linkage mapping과 Association study의 단점을 보완한 새로운 Mapping 방법으로써 유전적 정보 기반으로 양적형질을 탐색하는데 가장 강력한 방법이다. 장점 : RIL 집단과 같이 Bi Parent 집단을 활용한 유전자 지도의 경우 두 모본사이에서 다형성을 보이는 마커만을 활용하여 유전자 지도가 작성되게 된다. 이는 유전자 지도 작성에 있어 공백이 발생하게 되고 유전자 지도의 해상도가 낮아지는 문제점이 있다. NAM 집단의 경우 각 RIL 집단들에서 다형성을 나타내는 마커들이 종합되어서 상대적으로 유전자 지도의 해상도가 높아지게 된다. 유전자 지도의 해상도가 높을수록 MAS(Marker Assisted Slection)에 유리한 장점이 있다.

• 자연집단 (Natural population) #

자연집단은 association mapping (AM)에 널리 사용되어 질수 있는 inbred line(근계), varieties, landraces 및 wild relatives를 포함하여 selfing 또는 outcrossin을 통해 개별적으로 고정되거나 유지 될 수 있는 많은 개체로 구성된 집단이다.

• Mapping population #

  • bi-parental, multi-parental 집단 모두 해당된다. 많은 작물들은 형질이 양적으로 유전되는 경향이 있어 형질을 결정하는데 많은 어려움이 따른다. Multi-parent 집단은 전통적인 형질 매핑 한계를 극복하고 유전적으로 사용가능한 정확한 기반을 만드는 것을 가능케 한다. 중요한 여러 유전 형질은 전통적인 육종방식인 MAS에 의해 발굴되어져 왔고 작물의 유전적 향상에 기여해왔다. 이러한 형질과 관련된 유전자들은 4가지의 기본적인 접근을 통해 매핑이 가능하다. 1) Bi or multi-parental populations을 통한 linkage analysis 2) 자연 집단을 (Natural population) 이용한 association or LD analysis 3) Mutated population and near isogenic(introgression) line을 통한 비교 분석 (comparative analysis) 4) sub-populations based on selective sweeps을 통한 selective analysis

-분자마커를 이용한 선발 (MAS) #

이 방법을 줄여서 분자육종이라고 한다. 육종방법으로는 교배, 여교배, 하이브리드 육종 등 전통적인 기술을 이용하지만, 선발은 전혀 다른 방법으로 이루어진다. 전통육종에서 자식세대의 선발은 육종가의 눈에 의해서였다. 그렇지만 분자육종에서는 부모세대가 가진 유전자가 자식세대에 들어있는지를 유전자 분석을 통해서 판별한다. 병저항성 등 육안으로 잘 구별되지 않는 특징을 유전자 분석을 통해 쉽게 판별할 수 있는 것은 물론, 육종기간을 절반 정도 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 이를 위해서는 분석장비 및 분자마커를 작물별로 각 특징적인 유전자들에 대한 라이브러리 구축이 필요하다.

참고자료 #

Wang, Hui, et al. "Development of a multiple-hybrid population for genome-wide association studies: theoretical consideration and genetic mapping of flowering traits in maize." Scientific reports 7.1 (2017): 1-16. Boopathi, N. Manikanda. Genetic mapping and marker assisted selection. India: Springer, 2013.

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